高分子材料廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械、電氣等各行各業(yè)，是體積產(chǎn)量一類(lèi)材料，但絕大多數(shù)高分子材料為碳?xì)浠衔?，屬于易燃、可燃物，在燃燒時(shí)熱釋放速率大、熱值高，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤觳灰紫?，通常還伴隨著煙氣和熔融滴落，由此引發(fā)重特大火災(zāi)事故不斷發(fā)生。
在各類(lèi)火災(zāi)中，由于電線電纜包覆層含大量高分子材料，電線電纜類(lèi)火災(zāi)更是占電氣類(lèi)火災(zāi)的一半以上。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，重要場(chǎng)合用電線電纜需要具備一定阻燃性能及耐火性能，為此通常采取電線電纜用高分子材料阻燃、耐火改性和電線電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，且以前者為主。
聚烯烴材料（包括聚乙烯、聚丙烯及其共聚物等）因具有良好的物理力學(xué)性能、電絕緣性能、耐候性能，廣泛應(yīng)用于電線電纜絕緣及護(hù)套材料中，然而聚烯烴材料具有較高的可燃性，如PE和PP中C、H含量極高，極限氧指數(shù)僅為17%~18%，且在燃燒過(guò)程中易出現(xiàn)融滴和流延起火現(xiàn)象。為滿(mǎn)足電線電纜火安全的阻燃、耐火等級(jí)要求，需要對(duì)聚烯烴材料進(jìn)行阻燃、耐火改性。
1、無(wú)鹵阻燃劑在聚烯烴材料中的應(yīng)用
聚烯烴材料的燃燒過(guò)程主要是熱分解產(chǎn)生大量揮發(fā)性可燃物質(zhì)，燃燒過(guò)程中釋放的熱量又促進(jìn)了聚烯烴的分解。阻燃劑作為賦予易燃高分子材料難燃性的功能性助劑，是高分子材料阻燃的關(guān)鍵。阻燃聚烯烴材料的阻燃機(jī)理主要表現(xiàn)在利用阻燃劑減緩材料受熱分解、限制熱量傳遞從而起到避免火災(zāi)的作用。
根據(jù)阻燃劑的成分組成，無(wú)鹵阻燃劑包括碳系、磷系、氮系、硅系、硼系、無(wú)機(jī)金屬氫氧化物和膨脹型等。聚烯烴材料中PE和PP主要是通過(guò)添加金屬氫氧化物和膨脹阻燃劑實(shí)現(xiàn)無(wú)鹵阻燃的。
1.1 金屬氫氧化物阻燃劑
金屬氫氧化物阻燃劑主要包括氫氧化鎂（MH）、氫氧化鋁（ATH）、雙金屬氫氧化物（LDHs）等，金屬氫氧化物阻燃劑主要的研究方向包括表面改性處理（表面活化、包覆等技術(shù)）、協(xié)同復(fù)合技術(shù)和粒度超細(xì)化等幾個(gè)方面，以降低因高添加量造成的力學(xué)性能下降的程度。
（1）表面改性處理
金屬氫氧化物與聚合物極性相差大、相容性差，在混煉時(shí)不易分散，極大影響了復(fù)合材料的力學(xué)性能。通常采用表面改性來(lái)提高金屬氫氧化物的分散性及其與聚合物的界面相容性。
（2）協(xié)同復(fù)合技術(shù)
協(xié)同復(fù)合技術(shù)是將金屬氫氧化物與其他阻燃劑復(fù)配以減少其用量，主要是利用不同阻燃劑之間的協(xié)同作用，在材料燃燒時(shí)的不同溫度階段發(fā)揮阻燃作用。
（3）粒度超細(xì)化
粒度超細(xì)化是采用某種手段減小金屬氫氧化物顆粒粒徑，增加其與聚合物的接觸面積、改善分散性，從而減少阻燃劑用量。
1.2 膨脹阻燃劑
膨脹阻燃劑（IFR）在燃燒過(guò)程中形成多孔膨脹炭層起阻隔作用，保護(hù)內(nèi)部材料，主要包括物理膨脹阻燃劑和化學(xué)膨脹阻燃劑。IFR的主要成分為磷、氮，包括酸源、炭源和氣源三個(gè)基本要素。酸源在受熱后分解，促進(jìn)了炭源與基體發(fā)生脫水反應(yīng)，形成炭化層，主要有磷酸鹽、硼酸鹽和磷酸酯等；炭源一般為含碳量較高的化合物，如季戊四醇、酚醛樹(shù)脂等；氣源是在燃燒過(guò)程中釋放出不燃?xì)怏w,使炭層膨脹，形成封閉蓬松結(jié)構(gòu)，常用的氣源有尿素、三聚氰胺氰尿酸鹽等。
2、陶瓷化聚烯烴材料研究成果
電線電纜絕緣及護(hù)層材料大多是易燃的高分子材料，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)經(jīng)過(guò)火焰燒蝕后會(huì)熔融滴落，使導(dǎo)線裸露在外，易發(fā)生短路，不能保障火災(zāi)中電力和通訊的暢通。根據(jù)使用場(chǎng)合的不同，往往需要采用阻燃或耐火型電纜，這兩者的性能指標(biāo)完全不同。
在電線電纜阻燃性能設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮相應(yīng)高分子材料的燃燒機(jī)理而選擇相應(yīng)的阻燃劑；而對(duì)于電線電纜的耐火設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的方法是采用云母帶、無(wú)機(jī)礦物質(zhì)絕緣料、金屬護(hù)層等，為了尋找新型的耐火方式，陶瓷化高分子材料備受關(guān)注。
陶瓷化高分子材料是一類(lèi)新型耐火材料，是以聚合物為基材，加入成瓷填料、助熔劑、及其他助劑，經(jīng)加工制成的特種復(fù)合材料。與傳統(tǒng)高分子材料在火焰或高溫環(huán)境中會(huì)焚化脫落不同，這種新型材料在常溫下可保持一般高分子材料的機(jī)械性能和加工性能，在火焰或高溫環(huán)境中能迅速形成緊致堅(jiān)硬的陶瓷體，起到隔熱、隔火的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景，特別是用于電線電纜制造，可在火災(zāi)中保持電路的通暢，盡可能減少人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。
陶瓷化高分子復(fù)合材料研究可追溯到20世紀(jì)60年代，利用聚合物制備陶瓷材料并將其作為陶瓷化合物的前驅(qū)體使用，但發(fā)展較為緩慢，直到近幾十年，學(xué)者們制備出一系列阻燃耐火的聚合物/無(wú)機(jī)填料復(fù)合材料，并對(duì)這類(lèi)體系材料的瓷化機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，才使陶瓷化材料成為耐火電纜領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
其中，澳大利亞莫納什大學(xué)程一兵教授發(fā)明的可用于耐火電纜的陶瓷化高分子復(fù)合材料，由澳大利亞的CeramPolymerik公司實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。
目前陶瓷化高分子的基體主要包括硅橡膠、聚烯烴、碳基橡膠及其共混物等。目前研究和報(bào)道較多的是陶瓷化硅橡膠，這類(lèi)材料雖然在電絕緣性和成瓷殘留率、成瓷強(qiáng)度等方面具有優(yōu)勢(shì)，但其成本較高，且應(yīng)用于電纜生產(chǎn)時(shí)需要配備橡膠擠出設(shè)備，而陶瓷化硅橡膠帶材則需要采用繞包工藝，這對(duì)帶材的強(qiáng)度要求比較高且工藝較難控制。
聚烯烴材料成本相比于硅橡膠較低，應(yīng)用范圍較大，且陶瓷化聚烯烴材料用于電纜生產(chǎn)時(shí)采用普通低煙無(wú)鹵聚烯烴材料擠出設(shè)備即可，因此近些年對(duì)陶瓷化聚烯烴的研究逐漸增多。
2002年意大利皮雷利&C.有限公司P?L?皮納奇等人在我國(guó)申請(qǐng)的發(fā)明專(zhuān)利CN02828870.X是較早的關(guān)于陶瓷化聚烯烴復(fù)合材料的文獻(xiàn)報(bào)道，采用EVA做基體、玻璃料作填料，制備了一種可陶瓷化的耐火電纜料。
在國(guó)內(nèi)，南京工業(yè)大學(xué)王庭慰教授團(tuán)隊(duì)較早開(kāi)展了陶瓷化聚烯烴材料的研究，以聚乙烯和EVA為基體材料，添加適當(dāng)?shù)某纱山M分和助劑，對(duì)陶瓷化聚烯烴材料配方進(jìn)行設(shè)計(jì)。
近幾年關(guān)于陶瓷化聚烯烴材料的研究報(bào)道，基體材料主要采用聚乙烯、EVA、POE、聚醋酸乙烯酯（PVAc）等的一種或組合，成瓷填料常用高嶺土、滑石粉、硅灰石、云母、石英粉、玻璃粉等。為了降低材料的瓷化起始溫度、促進(jìn)燒結(jié)，往往會(huì)在配方中添加一定量的助熔劑，幫助材料體系在燒結(jié)過(guò)程中在較低溫度時(shí)有液相物質(zhì)形成，助熔劑主要有低溫玻璃粉、硼酸鋅、氧化鋅等。
3、阻燃陶瓷化聚烯烴材料研究成果
陶瓷化聚烯烴的耐火機(jī)理是基于在火災(zāi)或高溫下成瓷填料被燒結(jié)成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的瓷體，從而起到隔熱、隔氧的作用，但大多數(shù)采用的成瓷填料均不具備阻燃性，且陶瓷化聚烯烴是以高分子材料作為基材，這就決定了它的阻燃性得到了不同程度的限制。
要想提高陶瓷化聚烯烴的阻燃性，直接的方法是添加阻燃劑，但這會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的結(jié)殼性、機(jī)械性能等有所下降，兼顧各項(xiàng)性能達(dá)到綜合平衡點(diǎn)是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題，目前學(xué)者正在進(jìn)行這方面的研究。
4、結(jié)語(yǔ)
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)阻燃陶瓷化聚烯烴的研究多集中于采用不同類(lèi)型的聚烯烴基材、成瓷填料、助熔劑、阻燃體系等，討論不同配方對(duì)材料成瓷性能、阻燃性能、力學(xué)性能的影響，以及成瓷機(jī)理和阻燃機(jī)理，但其還沒(méi)有形成完整的理論，且主要在部分阻燃、耐火電線電纜產(chǎn)品得到了實(shí)際應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域的深度和廣度還有待進(jìn)一步深入研究。
未來(lái)阻燃陶瓷化聚烯烴材料的研究開(kāi)發(fā)可向幾個(gè)方面發(fā)展：